面向空间精细追踪作业任务,航天员在人机系统中的职能已经从过去单纯的控制转变为面向复杂信息处理的监测→决策→控制的过程,航天员的思维能力成为需要关注的重点。精细追踪作业中人面临的信息量杂而多,反应与决策行为集中且要求的可靠性和精确性高,人的思维信息处理过程和认知能力已成为需要关注的重点。研究人的认知机理和分析内部认知过程,提高人的思维效率和改善人的思维质量对任务操作流程规则及人机交互的设计至关重要。从感知、决策和操作各层面提取完成任务的认知过程和特征,建立具有模拟认知和决策的模型,通过模型绩效预测结果对航天员在执行作业时的思维决策或信息加工进行分析和评定已经成为改善人机工效的研究方向。认知行为模拟与仿真的目的是理解人如何获得、贮存、加工和使用信息的过程。建模过程首先需要对人的内部信息加工过程进行逻辑分析,其次结合任务流程、混合建模、程序模拟、程序优化来实现。本文主要面向精细追踪类作业的认知行为过程进行研究,以手控交会对接任务为典型实例,通过构建认知行为模型描述人在此类作业中的内部认知过程,即描述人的信息获取、存储、处理及输出等过程。本文主要从以下几个方面进行了研究:首先,精细追踪类作业的认知行为过程与认知能力差异是关于此类作业认知行为建模的内容和基础。本文以手控交会对接任务为研究对象,借鉴认知任务分析方法探讨了感知→决策→反应三种认知过程之间的映射关系,整合了任务与环境要素和基本认知特征的关联关系,建立了多维度视觉注意和决策资源分配等内部信息加工过程的形式化表示;开展了影响手控交会对接任务中绩效差异因素的认知过程实验,获取了不同经验操作者在执行任务过程中所偏好的认知差异,提取了注意选择和平移偏移量消除两个关键认知过程涉及的隐形知识和因素水平,为新知识的获得和发现、技能的提高以及选拔具有高潜质认知行为能力的人员提供了参考价值。其次,混合建模方法和认知行为模型的实例化是建模的实现技术和实现过程。本文分析了现有认知体系建模方法与外部信息交互的知识描述的局限性,实现了一种基于网络图和符号认知系统的混合建模方法,构建了融入手控交会对接任务的认知特征、认知机制、思维策略的认知行为模型,定义了符合判断决策特征的陈述性知识和符合加工顺序特征的程序性知识,提出了一种基于人的时间估计能力指标确定的决策模型。基于网络图的混合建模方法既能将复杂的思维过程分解为简单的要素和单元进行研究,又能对思维过程进行综合、整体的研究,实现思维决策过程的行为仿真预测。最后,模型预测结果是分析影响任务绩效的认知因素的重要参考依据。本文开发了“精细追踪类作业认知行为建模仿真平台”的原型系统,包括基于内部认知行为过程模拟、环境与任务的模拟、人因场景模拟等功能,实现了任务过程与认知过程同步的模拟与仿真,通过模型中各认知模块的时间占有率对绩效瓶颈进行识别,直观地判断认知负荷过载情况。同时,面向手控交会对接任务开展了模型有效性的验证,从外部信息输入、知识搜索匹配、思维决策选择、操作绩效输出等过程的模拟与仿真,预测了信息处理模块使用程度和认知资源分配趋势。因此,认知行为模型可以用于对操作者认知绩效的预测和评估,反映其操作效率、精度等评价指标与认知过程之间的关系,为任务的流程优化、操作者的训练和选拔提供参考依据。